化學家如何回收塑料？把鏈條剪斷了，再重新連起來

輕便、價廉、用途廣泛的塑料是我們日常生活中必不可少的材料，但同時也給地球帶來了沉重的環(huán)境負擔。據(jù)統(tǒng)計，全球每年產(chǎn)生的塑料垃圾超過3億噸，如果不加控制，預計2050年海洋中的塑料垃圾將達到9.37億噸，甚至會超過魚類的總重量。

冷冰冰的數(shù)據(jù)背后，更是一幅幅觸目驚心的畫面：被塑料纏住的海洋生物、臭氣熏天的塑料填埋場、飄著塑料瓶的河流……抗擊塑料污染的戰(zhàn)爭迫在眉睫。

左圖為被塑料纏住的海龜，右圖為堆積如山的塑料瓶垃圾（圖片來源：veer圖庫）

解決塑料污染問題，在根源上需要減少塑料制品的使用。然而塑料已經(jīng)滲透到我們日常生活的方方面面，很難在短時間內擺脫對塑料制品的依賴。因此，實現(xiàn)塑料的回收利用成為解決塑料污染的重要手段。

（圖片來源：veer圖庫）

常見的塑料回收方法是物理回收，將廢料經(jīng)過粉碎、熔融、造粒等工序后再次加工為塑料制品。物理回收的實現(xiàn)成本較低，但如果塑料變質或與其他材料共混，回收的效率便會大大降低。回收過程中的機械、熱等作用還會使得再生塑料品質性能下降，往往只能降級利用。

塑料的物理回收過程（圖片來源：青島能源所）

面對塑料回收問題，化學工作者們有他們的答案。除了物理回收，塑料還可以通過化學降解的方法進行化學回收。解鈴還須系鈴人，塑料的發(fā)明起源于化學家，引發(fā)的污染問題更需要化學家來解決。

從化學組成上看，塑料作為一種高分子材料，是由成千上萬個單體聚合而成的聚合物鏈。化學降解是指通過化學手段將這些聚合物鏈打斷或者重新組合，從而解聚為聚合初始單體或者轉化為其他具有高價值的化學品與大分子。回收獲得的單體可以重新聚合制備新的塑料材料，從而實現(xiàn)塑料循環(huán)利用，轉化為其他化學品進行再利用也賦予了廢舊塑料新的使用價值。

化學降解實現(xiàn)廢舊塑料的高值化利用

（圖片來源：青島能源所）

來自于中國科學院青島生物能源與過程研究所的科研人員對塑料化學降解循環(huán)利用技術進行了研發(fā)，為廢舊塑料的回收利用提供了有效的解決方法，服務國家“雙碳”戰(zhàn)略實施。

我們可以從一些具體的例子中更深入了解塑料的化學降解回收。首先看向日常生活中常見的礦泉水瓶，它的主要成分是一種大宗塑料——聚對苯二甲酸乙二醇酯，簡稱PET。各種飲料的包裝瓶基本都是由PET制成，而我們平時穿的聚酯纖維的衣服也是由PET紡絲后織成的。我國每年的PET需求量高達4000萬噸，高效的回收利用將能極大地減少資源浪費。

飲用水的包裝一般由PET制成

（圖片來源：veer圖庫）

借助功能強大的催化劑，化學降解可以實現(xiàn)PET分子結構中酯鍵的斷裂。例如PET在甲醇的作用下可以獲得對苯二甲酸二甲酯（DMT）與乙二醇（EG），這兩種化學品是PET合成的單體，可用于PET的重新再聚合，從而實現(xiàn)了PET的閉環(huán)循環(huán)利用。也可以在乙二醇的作用下獲得雙(2-羥基乙基)對苯二甲酸酯（BHET），同樣可作為合成原料用于PET的重新合成。

而如果我們使用異辛醇來解聚PET，可獲得化學品對苯二甲酸二辛酯（DOTP），這是一種性能優(yōu)良的環(huán)保型增塑劑，將其添加到塑料中可以使塑料制品柔韌性增強、可加工性提高，可應用于聚氯乙烯、丙烯腈衍生物、橡膠、硝酸纖維素等材料的增塑。作為國家禁止的苯二甲酸二異辛酯(DOP)增塑劑的替代品，DOTP約占增塑劑市場需求量的30%，具有極為廣闊的應用前景。

PET的化學降解（圖片來源：青島能源所）

飲水機常用的藍色塑料水桶的原料也是一種廣泛應用的塑料材料，它的名字叫雙酚A型聚碳酸酯（BPA-PC或PC）。不過水桶只是這種塑料微不足道的角色，PC是一種具有優(yōu)異的抗沖擊性、耐熱性等性能的工程塑料，在建筑板材、汽車車燈等領域都有PC的身影。

飲水機水桶多由PC材料制成（圖片來源：veer圖庫）

PC 的回收需要特別重視，因為廢舊的PC不只是浪費資源那么簡單，如果未能及時處理而進入到環(huán)境當中，它會向環(huán)境中緩慢釋放雙酚A（BPA）。這是一種類雌激素，將會導致人體內分泌失調甚至可能引起癌癥的發(fā)生。通過化學降解，可以一步將PC解聚為雙酚A和碳酸二甲酯(DMC)，避免泄漏到環(huán)境中造成污染。同時回收的化學品可作為單體重新進入到聚合流程，從而高效實現(xiàn)PC材料的再利用。

PC的化學降解（圖片來源：青島能源所）

另一點值得注意的是，PC中的碳酸酯基可作為一種綠色羰基來源來制備一些含羰基的高附加值化學品，例如環(huán)碳酸酯、噁唑烷酮等，這些化學品可作為藥物合成中間體、綠色溶劑等來使用。在傳統(tǒng)的合成手段中，這些含羰基的化學品的合成通常需要光氣（碳酰氯）等危險原料的使用，而利用PC化學降解則是一種更加綠色安全的選擇。

近年來，以聚乳酸(PLA)為代表的可生物降解塑料的應用刮起熱潮。聚乳酸是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，由于良好的性能，逐步成為傳統(tǒng)聚烯烴材料如聚乙烯PE的替代材料，在包裝材料、紡織材料、餐具材料、3D打印材料等領域都得以推廣應用。

聚乳酸共混物制造的作物用薄膜 （圖片來源：wiki）

聚乳酸作為可生物降解塑料可以在自然環(huán)境中降解，對環(huán)境污染的威脅也就不復存在。不過生物降解通常需要以年為單位的時間，而且降解為二氧化碳和水，要經(jīng)過長周期的光合固碳才能再次利用。而倘若我們采用化學降解的手段，將顯著提升回收的價值和效率。

聚乳酸的降解主要有三種策略：

通過醇解，廢舊聚乳酸在幾分鐘以內就可以搖身一變，成為綠色溶劑乳酸烷基酯，被賦予新的應用價值。

聚乳酸由丙交酯開環(huán)聚合制備而成，通過化學方法可以讓聚乳酸閉環(huán)解聚為環(huán)狀單體丙交酯，最大化縮短了循環(huán)路徑。

我們可以利用化學降解對聚乳酸的聚合物鏈進行精確裁剪并重新組合，以“聚合物到聚合物”方式實現(xiàn)聚乳酸廢棄物到新聚乳酸材料的循環(huán)再利用過程。通過在再聚合過程中加入不同類型單體或與其他聚合物進一步發(fā)生再解聚，可以獲得性質各異的最終材料。例如可制備聚乳酸-聚己內酯-聚乳酸三嵌段共聚物，這是一種具有高強度與斷裂伸長率的熱塑性彈性體。

聚乳酸的化學降解（圖片來源：青島能源所）

化學降解讓廢舊塑料有了千變萬化的重新利用方式。讓我們拿起化學降解這一利器，期待能徹底戰(zhàn)勝塑料污染那天吧。